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E . A ND Y KUB I A K . Th e Fe a s i b i l i t y o f Wa s t e wa t e r R e u s e a t t he Na t i o n a l S p i n n i n _g Com pa n _{y ,} I n c . , Wa sh i n g t o n , No r t h Ca r o l i n a ,

(

Un d e r t he d i r e c t i o n o f Dr . F R AN CI S A . DI G I A N O

)

T h e r e u s e o f mu n

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n c r e a s i n_{g l y p} o_p u l a r i n ma n _y a r e a s o f t h e _Un i t e d S t a t e s _, e s_p e c i a _{l l y} t h o s e a r e a s wh e r e c l e a n , f r e sh w a t e r i s i n h i g h

d

ema n d . Re c l a i me d w a s t e w a t e r c a n b e a v a l u ab l e r e s o u r c e i n a _{p p l i} c a t

i

o n s w h e r e l e s s t ha n _po t a b l e w a t e r _qu a _{l i t y}

i

s s u f f i c i e nt . T h e C i t y o f Wa s h i n g t o n , No r t h Ca r o l i n a a nd t h e Na t i o n a l S p i n n i n _g Com_p an _y , I n c . a r e c o n s i d e r i n g a u n i qu e w a s t ew a t e r r e u s e s c he me . U p o n up gr a d i n g o f t h e w a s t ew a t e r f a c _{i l i t y} a t t h e C i t y o f Wa sh i n _{g t} o n w i t h a _d e n i t r i f i c a t i o n

f i l

t e r ,

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s p r o po s ed t h a t 1 . 3 m

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l l i o n ga l l o n s p e r

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o f t e r t i a r _y t r e at e d w a s t ew a t er

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w a s t e w a t e r w o u l d b e s t o r e d a t t w o a b a nd o ne _{d C i t y} o f Wa sh i n _{g t} o n c l e a r w el l s _p r i o r t o us e b y Na t i o na l S p i n n i n _g Co_{m p} a n _y .

A

_{p i l} o t - _{p l} a n t w a s c o n s t r u c t e d a t t h e Un i v e r s i t y o f No r t h Ca r o l i n a a t C ha _p e l H i l l t o s i mu l a _t e t h e _{C i t y} o f Wa sh i n _{g t} o n t r e a t men t _{p l} an t u_{p g} r a d e a n d t he _p r e s e n t _p r o c e s s w a t e r t r e a t me n t s ch eme a t t h e N a t i o n a l _{S p i} n n i n _g Co_{m p} a n _y

₍

a gr o u n dw a t e r s o u r c e

)

. Se v e r a l l ar g e gr a

b

s am p l e s o f C i t y w a s t ew a t e r w e r e c o l l e c t e d an d _p r o c e s s e d t h r o u _{g h} t h e _{p i l} o t -p l a n t . T h e r e c l a

i

me d wa t e r w a s a n a l yz e d t o

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e t e r m i n e t h e

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t y f o r u s e a s

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r o c es s w a t e r . T h e r e s u l t s i n

d i

c a t e d t h a t t h e r e c l a i me d w a s t e w a t e r

i

s o f v e r _{y h i g h q}u a _{l i t y b} a s e d on c o n v e n t i o n a l me a s u r e s

(

C O D , B O D, a n d T O C

)

; h o w ev e r , r e g r o w t h o f m i c r o o r ga n i sms du r i n g st o r a _g e o f t h e r e c l a

i

me

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w a t er

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s e x _p e c

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ed . T h e a

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o n o f a s t r o n _g o x i d a nt wo u

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d l i ke _{l y} r e du c e t h

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s r e _gr o w t h . I n a d d i t i o n , t h e r e c l a i me d w a s t ew a t e r h a s t h e p o t e n t i a l t o st a i n t h e Na t i o n a l S p i n n i n _g Com p a n_y f a

b

r i c s . A p p l y

i

n g a st a n d ar _{d t} r e a t me n t s cheme o f c o a _gu l a t i o n - f l o c c u l a t i o n -se d i me n t a t

i

o n t o t he s t o r e

d

w a t e r a _{p p}e a r s t o s i gn i f i c a n_{t l y} r e du c e t h e s t a i n i n_g ; h o we v e r , s o me s t a i n i n g p o t en t i a l i s st

i l l

e v

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e n t .

M y a_{p p} r e c

i

at i o n e x t e nd s t o Dr . Fr a n c i s D i G

i

a n o f o r h i s s u _{p p} o r t o n t h i s r e s e a r ch _p r o

j

e c t , a s w e l l a s c omm i t t e e mem b e r s Dr . M i ch a e l A i t ke n a n d Dr . D o n a l d Fr a n c i s c o f o r t he i r r e v i ew .

;

I n a d d i t i o n , I wo u l d l i ke t o e x p r e s s m y g r a t i t ud e t o Mr . J e r r y Cut l e r o f t h e C i t y o f Wa s h i n g t o n a n d Mr . B i l l Re _yn o l d s o f Na t i o n a l _{S p i} n n i n _g Co m p a n y f o r _{t h} e i r i n v a l u a b l e i n_p u t a n d s u

_p

_p o r t . T h an k s i s a l s o o w e d t o Pa u l Sa v a r d f o r h i s w o r k i n c om p l e t i n_g ma n_y l a bo r a t o r _y a n a l ys e s a n d t o C l

i

f f Bu r _g e s s a n d Ra n_{d y} Go o d ma n f o r t h e i r he _{l p} i n de s

i

_gn a n d c o ns t r _u c t i o n o f t h e _p

i

l o t - _{p l} a n t . T h i s r e s e a r ch w a s su_{p p} o r t e d _{b y} a _gr a n t f r o m t h e No r t h Ca r o l

i

n a Wa t e r Re s o u r c e s R e s e a r c h I n s t i t u t e u n de r co n t r a c t No . 5 - _{4 6 5 7 1} .

Pa _ge L I S T O F TA BLE S i v L I ST O F F I G U RE S V C H A P T E R O N E : I N T R O D U C T I O N 1 Ba c k gr o u n d 1 Re s e a r c h O b

j

e c t i ve s 3 C H AP TE R TWO : R EV I EW OF L I T ER A T URE 5 Wa s t ew a t e r Re u s e 5 Ba c k gr o u nd

5

I n du s t r i a l A p p l

i

ca t i o n s 6 Wa t e r

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y I s s u e s

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a l Pr o c e s s Wa t e r

8

F e de r a l a n d S t a t e Re _gu l a t i o n s 1 0 De n

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o n 1 3 De n i t r i f

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o n F i l t e r _Op e r a t i o n 1 5 C H A P T E R T H R E E : D E S C R I P T I O N O F P I L O T- P L A N T F A C I L I T I E S .

1 7

De s c r i p t

i

o n o f P i l o t - P l a n t 1 7 C i t

_y

o f Wa sh i n _{g t} o n Tr e a t me n t

2

0 De n i t r i f i c a t i o n F i l t e r 2 0 C h l o r i n a t i o n

_/

De c h l o r i n a t i o n 2 2 Ae r a t i o n 2 2 S t o r a _ge _{2 3} N a t

i

o n a l S p i n n i n _g Co m p a n _y Tr e a t me n t 2 3 Gr e en s a nd Co l u mn 2 3 I o n E x c h an _ge Co l umn 2 4 Ca r t r i d ge Fi l t e r 2 4 D e s c r i p t i o n o f P i l o t - Pl a n t R u n s 2 4

C H A P T E R F O U R : E X P E R I M E NTAL MET H OD S 2 9 Pa r t i c u l a t e s 2 9 T o t a l Su s _p en d ed So l i d s 2 9 Tu r _{b i d i t y} . . . . 2 9 Sc a n n i n _g E l e c t r o n M i c r o s c o_{p y} 2 9 B i o d e _g r a d ab l e Or _ga n i c s 3 0 5- _Da y , B

i

o p ch em

i

c al Ox y g en Dema nd 3 0 C h e m i c a l Ox _{y g}e n Dema n d 3 0 T o t al Or _ga n i c Ca r b o n 3 0 O t h e r Or _g a n i c s 3 1 Me t h a _{n o l} 3 1 Sa f e Dr i n k i n _g Wa _{t e}r Ac t Re _gu l a t e d C h em i c a l s . . . 3 1 Nu t r i e n t s 3 1 N i t r a t e - n i t r o _ge n 3 1 S t a i n

i

n_g E l eme n t s

3

2 To t a l _I r o n 3 2 Ma n ga n e s e 3 2 Fa b r i c _{S t} a i n i n _g An a l ys i s

3

2 B

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t y 3 3 M i c r o b i o l o _{g i} ca l Ex am i n a t i o n s 3 3 O t h e r

3

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4 T o t a

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4 C H A P T E R F I V E : E X P E R I M E N T A L R E S U L T S 3 5 De n i t r i f

i

c at i o n Pr o c e s s 3 5 Ge ne r a l I n d i c a t o r s o f Re c l a i me d Wa s t e w a t e r

Q

u a l

i

t y . 4 0 Ge n e r a l P a r a me t e r s 4 0

Me a s u r eme n t o f SDWA Re _gul a t e d C he m i c a l s 4 3 Pr o c e s s Wa t e r

_Q

u a _{l i t y} Re_qu

i

r eme nt s 4 8 I r o n an d Man _g a ne s e 4 8 Pa r t

i

c u l a t e s 4 9 Co a _gu l a t i o n S t u_{d y} 5 0 S t a

i

n i n _g Po t e n t i a l 5 0 Sc a n n i n _g E l e c t r o n M i c r o s c o _{p y} 5 2 Sum ma r _y 6 0 C H A P T E R S I X : C O N CL U S I O N S 6 1 C H A P T E R S E V E N : R E C O M M E NDA T I O N S 6 2 C H A P T E R E I G H T : R E F E R E N C E S 6 4

Pa _ge 2 . 1 T e x t i l e Pr o c e s s Wa t e r Re qu i r emen t s 8 2 . 2 R e c o mme n d e d Co o l i n g Wa t e r

Q

u a l i t y Re qu i r e me n t s . . . 9 2 . 3 Ca l i f o r n i a Tr e a t me n n t a n d

Q

u a l i t y Cr i t e r i a f o r Re u s e 1 1 2 . 4 S t a t e S t a n d a r d s f o r I n du s t r i a l Re u s e 1 2 3 . 1 C i t y o f Wa s h i n g t o n De s i gn P a r a me t e r s 1 9 3 . 2 Pa r a me t e r s An a l y z e d i n P i

l

o t - _{P l} a n t 2 5 3 . 3 S u mma r y o f P i l o t - _{P l} a n t Ru n s 2 7 5 . 1 D e n i t r i f i c a t i o n F i l t e r Pr o f i l e 3 9 5 . 2 R e s u l t s o f Ge n e r a l Wa t er

Q

u a l i t y Pa r ame t e r s 4 1 5 . 3 Co m p a r i s o n o f Ba c t e r i o l o g

i

c a l Re s u l t s 4 2 5 . 4

A

n a l y s

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s o f Tr e a t e

d

a n d S t o r e d Wa s t e w a t e r f o r 5 5 V O Cs Co nt a i n e d o n S DWA Co m p l i a n c e L i s t 4 5 5 . 5 Co m p a r a t i v e An a l ys i s o f C h em

i

c a l s o n S D WA Com p l i an c e Mo n i t o r i n _g L i s t f o r Ex i s t i n _g Pr o c e s s Wa t e r a t N a t i o n a l _{S p i} n n

i

n _g Co_{m p} a n _y a n d f o r Re c l a i me d Wa s t ew a t e r 4 7 5 . 6 Co m p a r

i

s o n o f I r o n an d Ma n ga n e s e i n Ex

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n g Na t i o n a l _{S p i} n n i n _g Co _{m p} an _y Ra w

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Gr o u ndw a t e r

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Wa t e r a n d Tr e a t e d Wa s t ew a t e r A

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t e r 1 5 h S t o r a _ge 4

8

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7

Remo v a

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o f Su sp e n

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So l

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Tu r

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n t h e P i l o t - P l an t 4 9 5 .

8

Co m p a r a t

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o n a l _{S p i} n n

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n _g Co_{m p} a n _y Pr o c e s s Wa t e r a n

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Tr e a

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Wa s _{t e w}a t er _u s i n _g a Co t t o n Co

l

o r Gr a d e _{C h}a r t 5 5

Pa _ge 1- _{1 Sc h ema t i c o f P r o} p o s e d R eu s e Pl a n 2 3- _{1 Sc h ema t i c o f P}

_i

_{l o t} -P l a n t Fa c i l i t i e s 1 8 3- _{2 Sc h ema t i c o f T e t r a T e chno l o} g i e s , I n c . De n i t r i f i c a t i on F i l t e r 2 1 5- _{1 N i t r a t e Va r i a}

_b

_{i l i t y D u r i n} g Ba t c h Ru n s 1- 4 . . . 3 6 5- ₂ p H Va r i ab

i l

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_y

Du r i n _g Ba t c h Ru n s 1- 4 3 7 5- _{3 R} e s u l t s o f Co a gu l a _{t i} o n S t u _{d y} 5 1 5- ₄ a F ab r i c S t a i n i n g Po t e n t i a l o f Ex i s t i n _g Na t i o n a l S p i n n

i

n _g Com p an _y Pr o c e s s Wa t e r 5 3 5- _{4 b Fab r i c St a i n i n} g P o t e n t i a l o f Re c l a i me d Wa s t e w a t e r w

i

t h o u t Co a gu l a t

i

o n 5 3 5- ₄ c Fa b r i c S t a i n i n _g Po t e n t i a l o f Re c l a i me d W a s t e w a t e r w i t h Co a _gu l a t

i

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1 2 . 5 m g

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v e r c l e ar 3 1 0 3

)

5 4 5- _{5a S E M S} am p l e o f Ex i s t i n _g Pr o c e s s Wa t e r a t Na t i o n a l S p i n n i n _g Co m p an _y 5 6 5 -5 b S E M Sam p l e o f Re c l a i me d Wa s t ew a t e r w

i

t h o u t Co a _gu

l

a t i o n 5 6 5- _{5 c S E M Sam p l e o f R e c l a i me d Wa s t ew a t e r w i t h} Co a _gu l a t i o n

(

1 2 . 5 m g

/

1 R i ve r c l e a r 3 1 0 3

)

. . . 5 7 5- _{6 Ma} gn i f i c a t i o n o f T y p i ca l Pa r t i c l e Pr e s en t i n Re c l a i me d Was _t e wa _t e r 5 8 5- _{7 En e} r _{g y} D

i

s_p e r s i v e X- r a_y An a l y s i s o f Re c l a

i

me

d

Wa s t ew a t er Pa r t i c l e

5

9

I N T R O D U C T I O N B a c k g r o u nd T h e C i t y o f Wa sh i n_{g t} o n , No r t h Ca r o l i n a a n d Na t i o n a l S p

i

n n i n g Co m p a n _y , I n c . a r e c o n s

i

de r i n g a u n i qu e w a s t e wa t e r r e u s e s c h eme . U p o n u _{p g}r a d i n _g o f t h e w a s t ew a t e r _t r e a t me n t f a c

i

l i t y a t t h e C i t y o

f

Wa sh

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T e t r a En g i n e e r e d S y s t e ms , P i t t s b u r g h , P A

)

,

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t i s p r o po s e d t h a t 1 . 3 m g d o f t h e 2 . 5 m g d t e r t

i

a r _y t r e a t e d w as t e w a t e r b e r o ut ed f o r u s e a s _p r o c e s s wa t e r

i

n t e x t i l e _{d y} e i n _g o _p e r a t i o n s . F i gu r e 1 - _{1 d i s} p l a _y s a s ch ema t i c o f t h e _p r o_po se d r e u s e _{p l} a n . T he t r e a t e d w a s t e w a t e r w o ul d b e _p um p e d 1, 9 0 0 f e e t t o ex i s t i n g e f f l u e n t s t o r a ge r e s e r v o i r s

(

t h e t w o c l ea r w el l s o f t h e ab a n do n e d Jo r

d

a n w a t er t r e a t me nt f a c i l i t y f o r t he C i t y o f Wa s h i n _{g t} o n

)

a n d t h e n _p u _{m p} e d a t o t a l d i s t a n c e o f ab o u t 3 , 4 0 0 f e e t t o t h e ex i s t i n g w a t e r t r e a t me nt f a c i l

i

t y a t t h e Na t

i

o n a l S p i n n i n _g Com p a n _y , I n c . C l e a r _{l y} , t h e p r o x

i

mi t y o f t h e C

i

t y ' s w a s t e w a t e r t r e at men t f ac i l i t y a n d t h e i n du st r _y a n

d

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n _g s t o r a _ge r e s e r v o

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v e . Mo r e o v e r , t

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w as t e w a t e r d i s c h a r _g e f o r a l a r _ge _p e r c e n t a _ge o f t h e C i t y ' s f l o w w i l l

b

e sh i f t e d _f r om Ke n n e d y Cr e e k t o t h e Ta r R i v e r . T h i s s h i f t w i l l _p r o v i d e a l a r _ge r d i l u t i o n f a c t o r a n d _p o s s i b l y r e l i e v e t h e C

i

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t o c o n s t r u c t a n e w o ut f a l l o f i t s o w n t o t he T a r R

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F i gu r e 1- 1 . Sc h ema t i c o f Pr o p o s e

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Re u s e P

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o n al _{S p i} n n i n _g Com p a n

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u s e s a _gr o u n

d

w a t e r su _{p p l y} f o r _p r o c e s s w a t e r . T h i s w a t e r i s n o t u s e d a s a s o u r c e o f p o t a b l e w a t e r a t t he f a c i l i t y a nd i s , t he r e f o r e , n o t r e gu l a t e d . Co n s e _qu e n_{t l y} , t h e r e i s no c o n c e r n a t t h e f a c i l i t y a b o u t e m p l o ye e e x _p o s u r e o r c o n t a c _t w i t

h

t h e _p r e s e n t _p r o c e s s w a t e r . T h e c o n v e r s

i

o n o f t h i s wa t e r t o su _{p p l y} r e c

l

a i me d w a s t ew a t e r w i l l l i k e _{l y} h e i g h t e n em p l o _ye e aw a r e n e s s a t t he f a c

i

l i t y a s w e l l a s r e _qu i r e t h e N a t i o n a l _{S p i} n n i n _{g C}om p a n _y t o r e _gu l at e t h i s w a t e r s o u r c e . T he _p r o_p o s e d w a st ew a t e r r e u s e s c h eme w o ul d be a u n _{i q}u e s i t ua t i o n i n N o r t h Ca r o l i n a an d w o u l d r e _qu i r e c l o se c o o _p e r a t i o n w

i

t h S t a t e r e _gu l a t

i

n _g

d

e_p a r t me n t s . Pr e s e n t l

y

, t h e r egu l a t

i

o n o f p o t a b l e w a t e r s o u r c e s i n No r t h Ca r o l i n a i s _go ve r n e

d

_{b y} t h e D

i

v i s

i

o n o f He a l t h Se r v i c e s w h i l e t h e r e _gu l a t i o n o f wa s t e wa _t e r

d i

s c ha r

_g

e

i

s _go v e r n e

d

_{b y}

t h e D

i

v

i

s

i

o n o f En v i r o nme n t a l Ma na _geme n t . T h i s s i t u a t i o n w o u l d _, t h e r e f o r e _, b e a sp e ci a l c a s e

i

n _{t h} e S t a t e o f No r _{t h C}a r o l i n a a n d w o u l d n e e d t o

b

e h a n d l e d a s s u ch . Re s e a r c h O b

_j

e c t i v e s T h e r e s e a r c h ob

j

e ct i v e s o f t h i s _p r o

j

e c t w e r e : • _{t o de t e r m i n e i f t h e r e c l a i m} e d w a s t e w a t e r _qu a l i t y me e t s p r o c e s s w a t e r r e

_q

u

i

r emen t s a t t h e Na t

i

o n al _{S p}

i

n n i n _g Co m p an _y , I n c .

R E

V

I E W O F L I T E R A T U R E Wa s t e w at e r Re u s e Ba c _{k g}r o u nd . T h e r e u se o f t r e a t e d w a s t e wa t e r a s a w a t e r r e s o u r c e h a s b e e n _p r ac t i c e d t hr o u_{g h} o u t t he w o r l d f o r c e n t ur i e s . I n t h e Un i t e d S t a t e s , r e c l a i me d w a s t ew a t e r h a s b e e n u s e d t o su p p l emen t s h o r t a _ge s i n av a i l a b l e w a t e r r e s o u r c e s a n d a s a me a n s o f _p o l l u t i o n a b a t e me n t . Re c l a i me d w a t e r c an r e p l a c e po t a

b

l e w a t e r f o r ma n y u s e s t h a t d o n o t r e _qu i r e w a t e r o f s u c h _{h i g h q}u a _{l i t y} , i n c l u d i n g : c r op a n

d

l a n

d

s c a_p e

i

r r

i

_g a t

i

o n ; n o n - _p ot a

b l

e u r

b

a n u s e s _; s u ch a s r e s i d e nt i a l l aw n i r r _{i g} a t i on a n d t o i l e t f l u sh i n_g ;

i

n

d

u s t r i al c o o l i n _g a n d _p r o c e s s w a t e r _{; a n}d _gr o u n dw a _t e r r e c h a r _g e . Se v e r a l s t a t e s ha v e b e e n a t t h e f o r e f r o n t o f w a s t e w a t e r r e u s _e t ec

h

n o

l

o _{g y} . I n Ca l

i

f o r n

i

a , w a t e r s ho r t a g e s

h

a v e

d i

c t a t e

d

t

h

e n e e

d

f o r w a t e r c o n s e r v a t

i

o n a n

d

r e u s e . A s e a r l y a s 1 9 3 2 , t h e Go l

d

e n Ga t e Pa r k i n Sa n Fr a nc

i

s c o b e _ga n u s

i

n _g r e c l a i me d w a t e r f o r l a r _ge -s c a l e , l a n d sc a p e i r r i ga t i o n . S i n c e 1 9 7 6, r e c l a i me d w a t e r ha s b e en i n

_j

ec t e d d i r e c t l y i n t o _gr o u n dw a t e r a _qu i f e r s _t o _p r e v e n t s a l t w a t e r i n t r u s i o n i n t h e c o a s t a l a r e a s a n d a s a me an s o f s u_{p p l} e me n t

i

n _g p o t ab l e w a t e r su _{p p l y} s o u r c e s

₍

Cr o o k_, e t . a l . , 1 9 9 3

)

. Ov e r t

h

e _p a s t t w e n _{t y y} e a r s , t h e S t a t e o f F l o r i

d

a h a s

i

m

p l

eme n t e

d

a n u m

b

e r _o

f

r e u s e _pr o

_j

e c

t

s . T

h

e

d

r

i

v

i

n

g

f

o r c e

i

n F l o r i da h a s b e e n t o l i m i t e

f

f l ue n t d i s c h a r _ge s i n t o l o w f l o w i n _g .

po _p u l a t u r ge s wat e r i n t r u s i o n o f t h e l o c a l d r i n k i n _g w a t e r a _qu i f e r s . F l o r i

d

a h a s

d

e v e l o _p e d _p r o _gr a ms t h a t en c ou r a _ge t h e r e u s e o f r e c l a i me d w a st e w a t e r t h r o u _{g h}o u t t h e s t a t e . I n 1 9 7 7 , S t . Pe t e r sb u r g b e ga n u s

i

n _g a du a

l

w a t e r s y s t em

i

n wh i c h r ec l a

i

me d w a t er w a s s u_{p p l i} e d f o r i n du s t r

i

a l u s e a n d i r r i ga t i o n o f _go l f c o u r s e s , p a r ks , a nd i n d i v i du a l h ome s i t e s

(

Cr o o k , e t . a l . , 1 9 9 3

)

. Re c l a i me d w a t e r ha s a l s o b e e n u se d e x t e n s i v e l y i n F l o r i d a f o r c r o _p i r r i ga t i o n a s w e l l a s o t

h

e r n o n - _po t a

b

l e r e s

i d

e n t

i

a l u s e s

(

Yo r

k

, et . a

l

. , 1

9

9 1

)

. I n No r t h Ca r o l i n a , w a st e w at e r r e u s e ha s n o t b e e n a s co mmo n du e t o t h e a b u nd a n c e o f w at e r su _{p p l i} e s . H o w e v e r _, t i g h t e r r e _gu l a t i o ns o n w a s t e w a t e r d i s c h a r _ge s ma _y l e a d co m mu n i t i e s t o c o n s i de r t he r e u s e o f wa s t e w a t e r e f f l u e n t t o o f f s e t d eman d s f o r n o n - _p ot a b l e w a t e r . T h i s i s p a r t i cu l a r l y t r u e f o r c a s e s w he r e t h e e x

i

s t

i

n _g wa t e r su _{p p l y} i s l i m

i

t e d , i s o f po o r qu a l i t y , o r wh e r e t he r e

d

u c

t i

o n o

f

t r e a t e

d

e f f l u e n t

d i

s ch ar _ge ma _y r e su

l

t

i

n r e

d

u c e

d

po

l

l u t a n t l o a d i n _gs o n r e c e i v i n _g s _t r e a ms

₍

M

i

l e s _, e t . a l . , 1 9 9 3

)

. I ndu s t r i a l _{A p p l i} c a t i o n s . T he

p

r i ma r y c o n c e r n o f t h i s s t u d y i s i n t h e u se o f r e c l a i me d w a s t e w a t e r f o r

i

ndu s t r i a l a _{p p l i} c a t i o n s . T h e mo st c ommo n

i

n du s t r

i

a l u s e o f r e c l a i me d w a t e r h a s

b

e e n a s a s o u r c e o f c o o l i n _g w a t e r . T h _e u _{s e} o f _{r e c} l _a i m_e d w _a t _e r h _{a s} b _{e e}n _{u s e} d _{a s} c o o l i n _g t o we r ma k e - u_p a nd a s a _pr i ma r _y s o u r c e o f o n c e - t h r o u _{g h} c o o l i n _g w a t e r

₍

E PA , 1 9 9 2

)

. Th e u s e o f mu n i c i p a l w a s t ew a t e r f o r

i

n

d

u s t r i a l c o o l i n _g s _y s t e ms h a s be e n _p r a ct i c e d b y a va r

i

e t y o f

ha s u s e

d

s e c o nd a r _y e f f l u e nt f o r o n c e t hr o u _{g h} a n d d i r e c t me t a l c o o l i n _g s i n c e 1 9 4 2 . I n O k l ah oma , Fa r m l a n d I n du s t r i e s h a s b e e n u s i n _g t h e C i t y o f En

i

d ' s m u n i c i p a l w a s t e wa t e r e f f l u en t s i n c e 1 9 7 4 , a n

d

i n Ca l i f o r n i a , t he C i t y o f Bu r

b

a n k p o w e r p l a n t h a s u s e d t e r t i a r

_y

mu n

i

c _{i p} a l e

f

f l u e n t s

i

n c e 1 9 6 7

(

Cr o o k , e t . a l . , 1 9 9 3 a nd E P A , 1 9 9 2

)

. T h e u s e o f r e c l a

i

me d w a t e r f o r i n du s t r

i

a l _p r o c e s s wa t e r h a s b e en l e s s e x t e n s i ve . T he a c c e p t a b i l i t y o f r e c l a i med w a t e r f o r t h

i

s u s e i s d e_p e n d en t o n t h e s_p e c i f i c a _{p p l i} c a t i o n an

d

i s h i g h l y va r i a b l e . I n s ome i n s t a n c e s , r e l a t i v e l y l o w qu a l i t y s e c o nd a r y e f f l u e n t ma _y b e u s e d f o r a_{p p l i} c at i o n s s u ch as t h e ma n u f a c t u r e o f c o n cr et e

(

Cr o o k , et . al . _, 1 9 9 3

)

. Ho we v e r _, h i g h e r qu a l i t y w a t e r i s r e _qu

i

r e

d

f o r o t h e r

i

n

d

u s t r

i

a l a_{p p l}

i

c a t

i

o n s _, e . g . , t e x t

i

l e o r

p

ap e r m i l l _p r o c e s s w a t e r

(

E P A , 1 9 9 2

)

. Tw o p ap e r m i l l s u s e t e r t i a r y t r e a t e d e f f l u en t f r o m t h e L o s An ge l e s Co u n _{t y} Sa n i t a t i o n D i s t r

i

c t s ' Pomo n a Wa t e r Re c l ama t

i

o n P l an t as _p r o c e s s wa t e r . T h e Ga r d e n S t a t e Pa _p e r Com p a n_y u s e s 3 m g d o f r e c l a i me

d

w a t e r f o r n e w s_p r i n t r e _p r o c e s s

i

n _g , a n

d

t h e S i m p s o n Pap e r Co mp a n y u s e s 1 m

g

d f o r t h e ma n u f a c t ur e o f h i g h _qu a _{l i t y p} a _p e r f o r s t a t i o n a r _y a nd w r a_{p p i} n _gs . T he t e r t i a r _y t r e a t me nt a t t he Po mo n a _{p l} a n t

i

n c l u

d

e s c a r b o n a

d

s o r _{p t}

i

o n f o r c o l o r r emo va l o f t h e wa s t e w at e r

(

Cr o o k , e t . a l . , 1 9 9 3

₎

. Wa t e r

_Q

u a _{l i t y} I s s u e s f o r I n

d

u s t r i a

l

Pr o c e s s Wa t e r . T h e s u

i

t a

b i l i t y

o

f

r e c l a i med w a t e r f o r u s e i n i n du s t r i a l _p r o c e s s e s de _p e nd s u _p o n t h e i n t e nd e d u s e . A t t h e Na t i o na l S p i n n i n g Co m p a n _y , t h e r e c l a i me

d

i

n t h e a_{p p l i} c a t

i

o n o f _{d y} ei n_{g y}a W t d

i

t h t t

i

l

i

n du s t r _y mu s t b e n o n - s t a i n i n _g ; he n c e t h e _y mus t b e l o w i n t u r b i d

i

_{t y} , c ol o r _, i r o n , an

d

ma n ga n e s e . A l

i

s t o f r e qu

i

r eme n t s f o r p r o c e s s w a t e r i n t h e t e x t i l e i n du s t r _y i s sh o w n i n T a b l e 2 . 1

A

t t h e N a t

i

o n a l S p i n n

i

n _g Co m p a n y , t h e wa t e r i s al s o u s e d i n h i g h t em p er a t u r e h e a t e xc h a n _ge r s . Wa t e r qu a l

i

t y c r

i

t e r

i

a t o me e t i n du s t r

i

a l c o o l

i

n _g w a t e r r e _qu i r eme n t s h av e b e e n de v e l o_p e d . T he s e r e c o nmi e n de d l i m i t s a r e s ho w n i n Ta b l e 2 . 2 . T h e s e p a r a me t e r s w e r e s e l e c t e d t o m

i

n

i

m i z e t h e e f

f

e c t s o f s c a l

i

n _g , c o r r o s

i

o n , f o u l

i

n g a n

d

b i

o

l

o

g

i c a l gr o wt h i n t h e s e s _y s t ems

(

Su nd b e r _g , e t . a l . , 1 9 9 1 a n

d

E P

A

, 1 9 9 2

)

. Ta^Dl e 2 . 1 - Tex t i l e Pr o c e s s Wa t e r

Q

u a l i t y Req u i r eme n t s Par ame t e r T e x t i l e Us e s S i z i n _g s u s_p en s i o n Sc o u r i n_g , b l e a c h & _{d y} e Cu , m

g

/

1 0 . 0 1 Fe , m g

/

1 0 . 3 0 . 1 Mn , m g

/

1 0 . 0 5 0 . 0 1 Ha r

d

ne s s , m g

/

1 2 5

2

5 T D S, m g

/

1 1 0 0 1 0 0 T S S, m g

/

1 Co l o r So u r c e : Wa t e r Po l l u t

i

o n Co nt r o l Fe

d

e r a t

i

o n , 1 9 8 9 .

Pa r ame t e r ^ Re c ommen de d L i m i t ^' C I 5 0 0 TD S 5 0 0 Ha r dn e s s 6 5 0 A l k a l i n _{i t y} 3 5 0 p H^ 6 . 9 - ₉ . 0 C O D 7 5 T S S 1 0 0 Tu r b i d i t y^ 5 0 B OD C 2 5 Or _ga n i c s'^ 1 . 0 N H 4- _{NC 1} . 0 P O

_^

S i O ? 5 0 A l 0 . 1 Fe 0 . 5 Mn 0 . 5 Ca 5 0 M g 0 . 5 H C O3 2 4 S O₄ 2 0 0 ^ _{A l l} v a

l

u e s

i

n _{m g}

/

1 e x c e_{p t p H}. ^ _{Wa t e r Po l l u t}

_i

_{o n C} o n t r o

_l

Fe

d

e r a t

i

o n , 1 9 8 9 . c _{Fr o m Go l ds t e i n} , e t . a J , , 1 9 7 9 . '^ Me _{t h y l} e n e

b l

u e a c t i v e s ub s t a nc e s

Fed e r a l a nd S t a t e Re _gu l a t i o ns . A t p r e s e n t , t h e p r o c e s s w a t e r u s e d

b y

Na

t i

o n al _{S p i} n n

i

n _g Com p an _y

(

a _gr o u n dw a t e r s o u r c e

₎

i s n o t u s e d f o r p o t a b l e w a t e r a n d i s n o t r e _gu l a t e d . Ho w e v e r , c o n v e r s i o n o f t h

i

s p r o c e s s w a t e r t o r e c

l

a

i

me

d

w a s t e w a

t

er w

i l

l u n

d

o u

b

t e

d l y

r e

_q

u

i

r e Na t i o n a l S p i n n i n _g Com p a n _y t o me e t s o me m i n i ma l s t a nd a r d s t o _pr o t e c t em p l o _y e e h e a l t h . Cu r r en _{t l y} , no f e d e r a l r e gu l a t i o n s e x i s t go ve r n i n g w at e r r e cl a ma t i o n a nd r e u s e i n t h e Un

i

t e

d

S t a t e s

(

Cr o o k , e t . a l . , 1 9 9 3

)

. Ma n _y st a t e s _, ho w e v e r _, h a v e a do _{p t} e d s o me f o r m o f w a t e r r e c l ama t

i

o n a n d r e u s e r e _gu l a t i o n s o r _gu

i

d e l

i

n e s . I n a n um b e r o f st a t e s t

h

e s e r e _gu l a t i o n s v a r _y w i t h t h e i nt en

d

ed r e c l a

i

me d w a s t e wa t e r u s a _ge . T h e v a r i a t i o n i n r e _gu l a t i o n s f o r t h e S t a t e o f Ca l i f o r n i a a r e s h o w n i n Ta b l e 2 . 3

(

Cr o o k , e t . a l . _, 1 9 9 3

)

. On _{l y} s i x s t a t e s h a v e a d o_{p t} e d r e s t r i c t i o n s d i r e c t e d a t i ndu s t r i a l u s e o f r e c l a i me d wa t e r . T h e s e r e gu l a t i o n s a r e d i sp l a ye d i n T a b l e 2 . 4 . I n No r t h Ca r o l i n a f e w r e gu l a t i o n s h a v e b e e n de v e l o _p e d t h a t a d dr e s s w a s t ew a t e r r e c l a ma t i o n . Re gu l a t i o n s

d

e v e l o_p e d i n 1 9 9 3

₍

Cr o o k , et . a l . _, 1 9

9

3

)

c o n t a i n s o me r e qu i r eme n t s f or l a n

d

a _{p p l}

i

c a t i o n o f do me s t i c w a s t e w at e r o n _go l f c o u r s e s a n d o t h e r _p u

b

l i c a c c e s s a r e a s . How e v e r , n o st a t e r e gu l a t i o n s p r e s e n t l y ex i s t t h a t w o u l d _go v e r n t h e u s e o f r e cl a i me d w a s t e w a t e r _pr o _p o s e d a _t t h e N a t i o na l _{S p i} n n i n _g Co m_p a n _y . T h e ap p l i c a t i o n a t Na t i o n a l S p i n n

i

n _g Com p a n _y w o ul

d

be a u n

i q

u e s

i

t u a _t

_i

o n . T

h

e No r t h Ca r ol

i

n a D i v i s

i

o n o f En v

i

r o n me n t al Ma na _g eme n t h a s s t a t e d t h e i r w

_{i l}

l i n _gn e s s t o r e v

i

e w r e u s e a

_{p p}

l

i

c a t

i

o n s o t

h

e r t h a n

t h

o s e l

i

s t e

d

i

n t h e

_p

r e s e n t s t a t e _gu

i

d e l i n e s o n a c a s e -

b

_y- c a s e b a s i s

₍

Su l l

i

n s _, 1 9 9 3

₎

.

Teib l e 2 . 3 . Cal i f o r n i a Tr e at me n t a nd

Q

u a l i t y Cr i t e r i a f o r Re u s e T y p e o f Us e To t a l Co

n

f o r m L i m i t s Tr e a t me n t Re _qu i r e d Fo d

d

e r , F i

b

e r , a n

d

Se ed Cr op s Su r

f

a c e I r r i ga t i o n o f Or ch a r d s a n

d

V

i

n e

_y

a r ds Pr i ma r _y P a s t u r e f o r M i l k i n g An i ma l s L a n d s ca _p e I m po u n d me nt s L a nd s c a _p e I r r i ga t i o n

(

Gol f Co u r s e s , Ceme t e r i e s , e t c .

)

2 3

/

1 0 0 m l Ox i d a t i o n & D i s

i

n f e c t i o n Su r f a c e I r r

i

_g a t

i

o n o f Fo o d Cr o _p s Re s t r i c t e d Re c r e a t i o n a l I m p o u n

d

men t s 2 . 2

/

1 0 0 m l Ox i

d

a t i o n & D i s

i

n f e c t i o n S p r a _y I r r i g a t

i

o n o f Fo o d Cr o _p s La n ds c a_p e I r r i

_g

a t i o n

(

Pa r k s , P l a y gr o u nd s , e t c .

)

No n r e s t r

i

c t e

d

Re c r e a t

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o na

l

I m po u nd me n t s 2 . 2

/

1 0 0 m l Ox i d a t i o n , Co a _gu l a t i o n , C l a r i f

i

c a t

i

o n , F i l t r a t i o n , & D

i

s

i

n f e c t

i

o n Gr o u n

d

w a t e r Re c h a r _ge So u r c e : Cr o o k _, e t . a l . , 1 9 9 3 Ca s e - b y- Ca s e _Ca s e - b y - Ca s e Ev a l u a t i o n Ev a l u a t

i

o n

Tab l e 2 . 4 . - _{S t a t e S t a nd a r d} s f o r I n du s t r i a l Re u se

A ri

z o n a

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u alit_ya nd Tr e atme nt Re_quireme nts D ete rmin ed o n a c a s e -b y-_{c a s e} ba sis . O_xi d i_zed _{a n}d d isinfe cted T otal c ol ifo rm < 2 3/ lOOm l

(

7-d_a y me a n

₎

< 2 4 0 / l OOml

(

2 c onsecut iv e sam p le s

₎

. S_{e c o n}d_{a ry} tr e atme nt with d isinfe ctio n • F_{e c a}l _{c o}li f_{o r}m < _{2 00 /l O Om l}

(

me a n

)

< _{4 0 0/ l OOml}

(

sin_{g l}e sa

m

_ple

₎

• B i_ol_o g ic al tre atme nta nd d isinfe ct io n ' T_ot_al _{c o}l i f_{o r}m < _{24 0/I OOm l}

(

2 c o n s e c utiv e sam_{p l}e s

)

, < _{2 3 / l}OOm l

(m

ed ia n

₎

.3 0 m g /L BO D wi t h tr e atme nt u sin_{g p}o nd s_ystem .2 0 m g /L BOD w i t h tr e atme nt othe r tha n po nd s_ystem . Fe c al c ol i fo rm n ot to e x c e ed 2 0 0/I OOm l . A d_{v a n c e}d tr e atme nt . BOD < 10 m g/ L at a n_{y t}i me . T S S<5 m g /L at a n_{y t i}me • T _ot_al _{c o}l if_orm_s < _{3 / l OOm l} at a n_{y t}i me So u r c e : E P

A

/

6 2 5

_/

R- 9 2

/

0 0 4 "Ma n u a l - _G u i de l i n e s f o r Wa t e r Re u s e " ,

1

9 9 2 .

De ni t r i f i c at i o n T h e C i t y o f Wa sh i n _{g t} o n i s _{p l} a n n i n _g t o _{up g}r a d e t h e i r w a s t ew at e r t r e a t me nt _{p l} a n t t o i n c

l

u de a de n i t r i f i c a t i o n f i l t e r f o r t h e r emo v a l o f n i t r _{o g}e n f r o m t h e e f f l u en t . I n t h e i n f l u en t t o b i o l o _g

i

ca l w a s t e w a t e r t r e a t me n t s _y s t ems , n i t r o ge n i s c o mmo n l y f o u nd i n t h e f o r m o f ammo n

i

u m an d o r _ga n

i

c n i t r o _g en . I n t h e t r e a t me n t _p r _{o c}e s s , e x t e n

d

e

d

a e r a t

i

o n s ys t ems c a n c o n v e r t a mmo n

i

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(

_{N H 4}+

)

t o t h e mo r e o x i d i z e d s t a t e s o f n

i

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(

N O 2

)

a n d n i t r a t e

(

_{N O 3}

)

. Und e r o xy gen - _d e f i c i e n t c o n d i t i o n s , a n um b e r o f f a c ul t a t i v e b a c t e r i a , i n c l u d i n g Ps e u domo n a s a n d Ba c

i

l l u s ^ a r e a b l e t o c o n v e r t o x i d i z ed f o r ms _o f n i t r _{o g}e n t o e l eme n t a l n i t r o _g en _ga s

(

N 2

)

. I n o r

d

e r f o r t h e m i c r o o r _ga n i sms t o r e d uc e t he n i t r o _ge n c o m p o u nd s _, a n e x o _ge n o u s c a r bo n su _{p p l y} mu s t b e _p r o v i de

d

. T y p i c a l l y , t h e s o ur c e o f c a r

b

o n u s ed f o r t h

i

s _p u r _p o s e i s me t ha n o l

(

C H 3 O H

)

(

Sa v a _g e _, 1 9 8 5

₎

. T h e

b i

o l o g

i

c a l l y me

d

i a t e d p r o c e s s o f c o n v er t i n g n i t r a t e t o n i t r _{o g} e n _ga s i s _t e r me

d

d e n i t r

i

f i c a t i on . Me t h a n o l s e r v e s a s t h e e l e c t r _{o n} do n or an d n

i

t r a t e a s t he e l e c t r o n a c c e _{p t} o r i n t h e

b

i o l o _{g i} c a l o x i d a t i o n _p r o c e s s . Th e s t o i c h

i

ome t r y o f t h e o v e r a l l r e a c t

i

o n ca n

b

e s

h

o w n a s

(

Je r

i

s , e t . a l . , 1 9 7 5

)

:

3

N

_{O 3}

" + C

_{H 3 O}

H -_^

₃

_{N 0}

2

" +

C

O

₂

+

2

H

₂

O

2

N

_{0 2}

~ + C H

₃

O H - > N

₂

+ C O

₂

+ H

₂

O +

2

0 H" Ne

t

:

6

N

_{0 3}

~ +

5 C

H

_{3 O}

H -_^

₃

N

₂

+

5 C 0

2 + 7 H 2 0 + _{6 0 H}-

₍

_i

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N i t r o _ge n _ga s i s u l t i ma t e l y r e l e a s e d t o t h e a t mo s_{p h} e r e . I n t h i s r e a c t i o n , f i v e mo l e s o f me t ha no l a r e r e qu i r e d t o r e

d

u c e s

i

x mo l e s o f n i t r a t e - n

i

t r o _ge n t o e l eme n t a l n i t r o

_g

e n . T h i s s t o i c h i ome t r i c r a t i o i s e _qu i v a l e n t t o 1 . 9 m g o f me t h a n o l f o r e a c h m g o f n i t r a t e - n i t r o _ge n . Mc Ca r t y , e t . a l .

(

1 9 6 9

)

f o u n d t h a t a n a

d

d i t i o n a l 3 0 % o f me t h a n o l w a s n e ede d t o s at i s _{f y} t h e _gr o w t h r e _qu

i

r emen t s o f t h e m

i

c r o

b

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a t : C m = ₂ . 4 7

(

N O 3- N

)

+ 1 . 5 3

(

N O 2 - N

)

+ 0 .

8

7

(

D O

)

(

2

)

w he r e . C m = r e _qu i r e d me t ha n o l co n ce n t r a _{t i} o n , m g

/

1 N O 3- _N = _{i n f l u} en t n i t r a t e - n i t r o _g en c o n c e n t r a t i o n , m g

/

1 N_{O 2}- N = _{i n f l u} en t n i t r i t e - n i t r o _g en c o n c e n t r a t i o n , m g

/

1 D O = _{i n f l u}e n t d i s s o l ve d o x _{y g} en c o n c e n t r a t i o n , m g

/

1 O t h e r s h a v e v e r

i

f i e

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i

s e _qu a t

i

o n e x _p e r

i

me nt a l l

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(

S m

i

t

h

, e t . a l . , 1 9 7 2 ; J e r i s , e t . a l . , 1 9 7 5 ; U p t o n , e t . a l . ; 1 9 9 3

)

. T h e a d

d

i t i o n o f me t ha n o l t o _{t h}e

i

n f l u e n t o f t

h

e d e n i t r i f i c at i o n _p r o c e s s wi l l _{i m p} o s e a ch em i c a l o x _{y g}e n d ema n d

(

C O D

)

a s w e l l a s s h o w a n i n c r e a s e

i

n

d i

s s o l v e

d

or _ga n

i

c c ar

b

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₍

D O C

₎

. T h e t he o r e t

i

c a l r e l a t i o n s h

i

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b

e t w e e n t

h

e s e c o n s t

i

t u e n t s f o r me t ha n o l a r e a s f o l l o w s :

C O D :

2

_{C H 3 O H} + 3 _{O 2} - > 2 _{C O 2} + 4 _{H 2 O}

₍

3

)

o r 3 mo l e s o x _{y g} en

d

ema n d f o r e v e r _y 2 mo l e s o f me t h a n o l . T h i s r e l a t e s i n t e r ms o f me a s u r a b l e c o n c en t r a t i o n s a s a r a t i o o f 3 : 2 , C O D :me t h a no l . D O C : T h e t h e o r e t

i

c a l c ar _b o n t o me t h a n o l r e l a t i o n sh i p i s 1 2 : 3 2 o r s i m p l

_y

, 1 :2 . 6 7 . T

h

e t

h

e o r e t

i

c a l r e l a t

i

o n sh

i

_p , t h er e f o r e , f o r C O D :D O C , f or me t h an o l ad d i t i o n i s 4 : 1 , C O D :D O C . De n i t r i f i c a t i o n F i l t e r _{O p} e r at

i

o n . B

i

o l o g i c a l

d

e n i t r

i

f i c a t

i

o n c a n b e _p e r f o r me d i n s e v e r a l r e a c t o r c o n _{f i g}u r a t i o n s _, a l l o f w h i ch a r e o

_p

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d

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g

t o n p

l

a n s t o u s e a do w n - f l ow , a t t a c h e d gr o w t h s ys t em p r o v i de d b y Te t r a Te c h n o l o _{g i} e s , I n c .

(

B l a c k & Ve a t c h , 1 9 9 2

)

. I n t h e Te t r a T e chn o l o _{g i} e s I n c . s y s t e m , a sma l l g r a v e l me d i u m i s p r o vi d e d t o a l l o w f o r m

i

c r o o r

_g

an

i

sm a t t a c h men t . A s t he n i t r i f i e

d

w _a s t _e w a t er , w

h i

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i

s e n r

i

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w

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t h me t h an o l , p a s s e s o ve r t h e s t a t

i

o na r y m e

d i

a , t

h

e s u s_p e n

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e

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l i d

s a r e r emo v e

d

b

y f

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t r a t

i

o n . Co n c u r r e n t

l

y _, t

h

e a t t a c h e

d

_gr o w t h o f de n i t r i f i e r s c o n v e r t s o x i d i z ed ni t r o _ge n t o n i t r o _ge n ga s . Th e n i t r o ge n g a s gr a du a l l y bu i l d s u p i n t he f i l t e r w h i c h c a u s e s h e a d l o s s t o i n c r e a s e

(

Sa v a _ge _, 1 9 7 3

₎

. Ev e n t u a l l y _, a s

t h e h e a d l o s s r ea c h e s i t s ma x i mum l e v e l , t he f i l t e r r e qu i r e s a ' b u_{m p i} n _g ' o _p e r a t i o n t o r e l e a s e t h e en t r a i n e d n i t r o _ge n _g a s . Bu _{m p}

i

n

_g

i

s a c c o_{m p l}

i

sh ed

b y

t a k

i

n _g t he f i l t e r o u t o f s e r v i c e a n

d

pu _{m p i} n _g b a c kw a sh wa t e r t o t h e b a s e o f t h e f i l t e r a t a s _{i g}n i f i c a n t r at e _t o f l u i d i z e t h e me

d

i a _, t hu s r e l e a s i n _g t h e ga s . T h_e b_{\ a}m p i n g p r oc e s s t a k e s a b o u t o n e m i n u t e . T h e Te t r a s _ys t e m ha s

b

e e n i n s t a l l ed su c ce s s f u _{l l y} a

t

a n um b e r o f w a s t e w a t e r _{p l} a n t s

₍

_{U p t} o n , e t . a l . _, 1 9 9 3

)

. A t t h e Ho o ke r ' s Po

i

n t Wa st e w a t e r Tr e a t me n t P l a n t i n T a_{m p}a , F l o r i d a , t h i s p r o c e ss ha s b e e n i n o_p e r a t i o n s i n c e t h e m

i

d 1 9 7 0 ' s . A t t he A l t _amo n t e S p r i n _gs

A

dv a n c e d Wa s t ew a t e r P l a n t

i

n

A

l t amo n t e S

_p

r

i

n _gs , F l o r i

d

a , a si m i l a r s

_y

s t em ha s b e _{e n} i n o _p e r a t

i

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i

n c e t h e m i

d

1 9 8 0 ' s .

C H AP TER THRE E D E S C R I P T I O N O F PI L O T- P LA NT F

A

C I L I T I E S De s c r i p t i o n o f P i l o t - P l a n t A _p

i

l o t - _{p l} a n t w a s c o n s t r uc t e

d

a t t h e Wa s t e w a t e r Re s e a r c h Ce n t e r o f t h e Un i v e r s i t y o f No r t h Ca r o l i n a i n C h a _p e l H i l l . Th e e f f l ue n t f r om t he e x i s t i n_g w a st e w a t e r t r e at me n t f a c i l i t i e s a t t he C i t y o f Wa s h i n _{g t} o n s e r v e d a s t he f e e d wa t e r , A l a r ge gr ab s a m p l e

(

5 5 _ga l

)

w a s c o l l ec t e

d

f r om t he o u t l e t o f t h e f

i

n a l c l a r

i

f i e r

₍

b e f o r e ch l o r i n a t i o n

)

a nd de l

i

v er e d t o C h a _pe l H i l l o n t h e d a _y o f e a c h r u n .

A

s c h ema t i c o f t he t r e a t me n t u n i t s u s e d i n t h e _{p i l} ot -p l a n t t e s t s i s _{g i} v e n i n _{F i g}u r e 3- 1 . T h e p i l o t -p l an t w a s o _pe r a t e d i n a c o nt i n u o u s - f l o w mo de f o r a_{p p}r o x

i

ma t e l y 2 3 h i n e a c h r u n . T h e

p

r o_p o s e

d

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o n a l

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r e a t me n t u n

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n t h e c o n c e

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i

o n -d e c h l o r i n a t i o n - r e a e r a _{t i} o n . I t i s pr o p o s e

d

t h a t t h e e f f l u e n t t h e n u nd e r go s t o r a _ge

₍

1 5 h

₎

_b e f o r e be i n _{g p} a s s e d t hr o u _{g h} g r e e n s a n d - i o n e x c h an _g e a n d a c a r t r i d g e f i l t e r a t t h e Na t i o n a l S p i n n i n_g Co_{m p} a n _y , I n c . A s i omma r _y o f d e s i gn _p a r ame t e r s _p e r t i n e nt t o C i t y o f Wa s

h i

n _g

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.

1

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W W

T P S A M P L E R E C L A IM E D

W

A T E R "■ D E N 1 R C H L O R IN ATI O N C A R T R ID G E F I L T E R R E A E R A T I O N 15 H O U R S T O R A G E F _{i g}u r e 3 - _{1 S} c h e m a t i c o f P i l o t - _{P l} a n t Fa c _{i l i} t i e s

Tab l e 3 . 1 C i t y o f Wa s h i n g t o n D es i gn Pa r a

m

e t e r s D e ni t r i f i c a t i o n E m p t y Be d Co n t a c t T i me

(

E B C T

)

2 0 m i n A p p l

i

c at i o n Ra t e 2 _g

_p

m

/

s _q f t I n f l u e nt _{N O 3}- N 1 0 _{m g}

/

1 Ca r b o n So ur c e Me t ha n o l C h l o r i n a t i o n H y dr a u l i c Re t en t i o n T i me 3 1 m i n E f f l u e nt To t a l C h l o r

i

n e 1 _{m g}

/

1 a s _{C I 2} De c h l o r i n a t i o n E f f l u en t To t a l C h l o r

i

n e 0 m g

/

1

a s C I 2

A

e r a t i o n H y d r a u l i c Re t e nt

i

o n T i me 2 8 m

i

n S t o r a_ge H y d r a u l i c Re t e nt i o n T i me 1 5 h So u r c e : B l a c k & Ve a t c h , De s i gn Memo r an du m, 1 9 9 2 .

C i t y o f Was h i n g t o n T r e a t

m

e n t De n i t r i f i c at i o n F i l t e r . A s c h ema t i c o f t he T e t r a T e ch n o l o g

i

e s I n c . f i l t e r i s p r o v i d e d

i

n F i gu r e 3 -

₂

. T he f i l t e r w a s

d

e s i gn e d t o a c h i e v e _{t h} e s ame e_{m p t y} b e d c o n t a c t t i me

₍

E BC T

)

a n d a _{p p l i} c a t i o n r at e a s t h e f u l l - s c a l e _{p l} a n t . T o a c h i e v e t h e s e

d

e s

i

_gn cr i t e r i a , a r e a c t or w a s c o n s t r u c t e

d

w i t h a d i ame t e r o f 1- ₇

_/

_{8 i n a nd a me d}

_i

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_e p t h o f 6 4 i n . F i l t e r me d i a w a s

p

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b

_y Te t r a Te c h no l o _g

i

e s , I n c . ; a s i x -i n c h

l

a _ye r o f _gr a v e

l

w a s u s e

d

t o su_{p p} o r t t h e me d i a . T h e f i l t er c o l u mn w a s co n s t r u c t e d o f P l e x _{i g l} a s a n d s am p l i n _{g p} o r t s w e r e i n s _t a l l e d a t 1 8 i n i n t e r v a l s do w n t he l e n _{g t h} o f t h e c o l u mn . T h e c o l umn w a s i n

i

t i a l l y s e e d e d w i t h o r _ga n i sms f r om t h e Or a n _g e Wa t e r a n d Sew e r Au t h o r _{i t y}

₍

OWA S A

)

w a s _t e _{w at} e r _{p l} a n t r e t u r n s l u _{d g} e . A v i a b l e p op u

l

a t

i

o n o f de n i t r i f

i

e r s w a s a c h

i

e v ed w

i

t h i n t e n da _ys o f s e ed i n _g . Pr i o r t o t h e f i r s t e x _p e r

i

me nt a l r u n u s

i

n _g C

i

_{t y} o f Wa sh i n _{g t} o n w a s t e wa t e r , t he m i c r o o r _ga n i sms w e r e ma i n t a i n e d _{b y} f e e d i n _g O WA S A f i n a l e f f l u e n t wa t e r . A f t e r c o m p l e t i o n o f t he f i r s t e xp e r i me n t a l r u n _, t h e

d

e n

i

t r i f i e r s w e r e ma i n t a

i

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d

b

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i

n u o u s l y f e e d i n _g

d

e c h l o r

i

n at e d t a _p w a t e r an d n ut r

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A

c ar t r

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g e - _{t y p} e f

i

l t e r c o n t a

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₍

Fu l f l o w , mo

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e l No . W T -6

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t o d e c h l o r i n a t e t h e t a_p w a t e r . Po t a s s i um n i t r a t e w a s p r o v i de d f o r t h e n i t r o _ge n s _{o u} r c _e a n d Me t ha n o l w a s u s e d a s a c a r _b o n s o u r c e . T h e de n i t r i f i c a _{t i} o n f i l t e r w a s ma i n t a i n e d w i t h d e c ho l r _i n a t e d t a _p w a t e r b e t we e n e a c h o f t h e f i v e e x_p e r i me n t a l r u n s .

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_gu r e 3 - ₂ . Sc h e ma t i c of T e t r a T e c h n o l o g i es _{, I n} c . D e n i t r

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o n F i l t e r

Du r i n_g d en i t r i f i c a t i o n , n i t r o g e n ga s

(

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i s p r o du ce d a s n i t r at e

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s i gn i f i c a nt he a d l o s s a c r o s s t he f i l t e r . He a d l e s s w a s a l l o w e

d

t o i n c r e a s e i n t h e f i l t e r c o l umn u n t i l su c h t i me a s ne c e s s a r _y t o d e _ga s t h e f i l t e r b y b a c kw a s h i n _g ; t h i s de _ga s s i n _{g p} r o c e s s i s r e f e r r ed t o a s " b u_{m p i} n _g " . Bum p

i

n g t o o k p l a c e e v e r y 1 2 h b y p i o_{m p i} n _g

(

D a _{y t} o n _p u_{m p} , mo d e l n o . 6K 5 8 1 A

)

t r e a t e d w a t e r f r o m t h e s t o r a _g e r e s e r v o i r i n t h e u _{p f l} o w d

i

r e c t

i

o n t h r o u _{g h} t he f i l t e r f o r _{ap p} r o x i ma t e _{l y} 2 0 s . C h l o r i n at i o n

/

D e c h l o r i n at i o n . Fo l l o w i n g de n i t r i f i c a t i o n , t h e e f f l u e n t w a s c h l o r i n a t e d an d t h en d e c h l o r i n a t e d . T he c h l o r i n e c o n t a c t c h amb e r w a s d e s i gn ed t o a c h i e v e a _{h y d}r au l i c d e _t e n t i o n t

i

me o f 3 1 m i n an d a r e s

i

du a l t o t a l c h l o r

i

n e c o n c en t r a t i o n o f 1 m g

/

1 a s C I 2 . A p p r o x i ma t e l y 1 0 m g

/

1 a s C I 2 w a s a d d ed t o t h e i n f l u e n t t o ac h i e v e t h i s c h l o r i n e r e s

i

du a l . A ch l o r i n e s o l u t i o n

₍

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/

1 a s _{C I 2}

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w a s _p r e _p a r ed u s i n _g ho u s e h o l d

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(

C l o r o x

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. T h i s s o l u t i o n wa s p um p e d

(

I sma _t

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k _p u_{m p} , mo d e l n o . 7 6 1 0- _{2 0}

)

at a c o n t i n u o u s r at e o f 2 m l

/

m i n i n t o t h e ch l o r i n at i o n r e a ct o r t o a c h

i

e v e 1 0 m g

/

1 . De c

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o n w a s a c c om

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o w ns t r e am o f t h e c h l o r i n a t i o n r e a c t o r . A s t o ck s o l u t i o n o f s o d i um t h i o s u l f a t e w a s _pu _{m p} e d

(

I sma t i k _pu m p , mo de l no . 7 6 1 0 - _{2 0}

₎

i

n t o t h e r e a c t o r t o r e du c e t h e c h l o r i n e c o n c e n t r a t i o n t o a n a l

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t i c a l ze r o

₍

a s C I 2

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e r a t i o n . Fo l l o w i n g d e c

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n a t i o n , t h e w a s t e w a t e r w a s a e r a

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f f u s e r s t o n e wa s u s e

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r e a c t o r t h a t w a s s t i r r e d c o n t i n u o u s _{l y b y} a s t i r b a r . A h y dr a u l i c de t e n t i o n t i me o f 2 8 m i n _p r o v i de d a d i s s o l ve d o x _{y g} e n c o nc e n t r a t

i

o n o f a_{p p} r o x i ma t e _{l y} 7 _{m g}

/

1 . S t o r a _ge . Fo l l o w i n g

d

e c h l o r i n at i o n a n

d

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o n , t h e w a t e r w a s s t o r e

d

f o r 1 5 h i n a 5 0 _ga l

(

1 9 0 1

)

p l a s _{t i} c _t an k . A f t e r s t o r a_g e _, t h e w a t e r wa s _p u_{m p} e d

(

Ma s t e r f l e x mode l No . 7 5 5 3 - 2 0

p

u _{m p} a nd Ma s t e r f l ex mo de l No . 7 0 1 7 - 2 0 pum p h e a

d

)

t o t h e s i mu l a t e d Na t i o na l _{S p}

i

n n i n _g Co_{m p} a n _y t r e a t men t _p r o c e s s e s . Na t i o n a l _{S p i} n n i n _g Co_{m p} a n_y T r e a t

m

e n t Gr e e n s a nd Co l i amn . A gr e e n s a n d f i l t e r i s u s e d b y N a t i o n a l S p i n n i n _g t o r emo v e i n s o l u b l e

i

r o n an d man _ga n e s e . I n t h e p i l o t -p l a n t , t h e f i l t e r w a s c o n s t r u c t e

d

o f a p l a s t i c , 1 . 7

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ame t er c o l umn _pa ck e

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r e e n s an d . Gr e en s a n d me

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t h e s ame t y p e u s e d i n t h e

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r _p r o c e s s . T h

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s s y s t e m w a s o p e r at e d a t a c o n t i n u o u s f l o w r a t e o f a _{p p} r o x i ma t e l y 1 0 0 m l

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c h _ga v e a n E B C T o

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n .

I o n E x ch a n _ge Co l u mn . I o n e x c h an ge f i l t e r s a r e u s e d b y Na t i o n a l S p i n n

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n _g t o r emo v e h a r

d

n es s f r om t h e wat e r s u_{p p}

l

_y . T h e i o n e x c h an _g e _p r o c e s s wa s s i mu l at e d i n t h e _{p i l} o t -p l an t u s i n _g a p l a st

i

c c o l umn o f t h e s a me _{t y p} e u s e d f o r t h e _gr e e n s a n d f i l t e r . I o n e x c h a n _ge me d i a w a s _p r o v i d e d _{b y} t he Na t i o n a l _{S p}

i

n n i n g Co_{m p} a n _y . E f f l u e nt f r om t h e gr e en s a n d f i l t e r f l o w e

d

b y gr a v i t y t o t h e i n f l u e n t o f t h e i on e x c h an _g e f i

l

t e r . T h i s s y s t em w a s a

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ch _ga v e a n E B C T o f 9 . 5 m

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n . Ca r t r _{i d g} e Fi l t e r . A 5- m i c r o n c ar t r i

d

g e f i l t e r i s u s e d b y t h e N at i o n a l S p i n n i n _g Co m p a n_y do wn s t r e am o f t he i o n e x ch a n _ge f i l t e r t o r e mo v e a n _y r e s

i

du a l s u s_p e n

d

e d ma t t e r f r om t h e _p r o c e s s wa t e r . A Cu n o f

i

l t e r h o u s i n _g , mo d e l No . I B l , a n d 5 - _{m i} c r o n e l eme n t w e r e p r o v

i

de d b y _{t h} e Na t i o n a l S p i n n i n_g Co m p a n _y f o r u s e

i

n t

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e _{p i l} ot p r o c e s s . De s c r i p t i o n o f P i l o t - _{P l a n t Ru n s} A t o t a l o f f i v e b a t c h e s o f t h e C i t y o f Wa s h i n _{g t} o n w a s t e w a t e r w er e _p r o c e s s e d t hr o u _{g h} t h e _p

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l o t -p l a n t . Da t a

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o r e a c h _p

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l o t -p l a n t r u n , t h e r e f o r e , we r e ob t a i n e

d

f r om a s

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ng l e b a t c h

(

g r ab s a_{m p l} e

₎

o f wa s _t ew a t e r . T h e c om p l e t e l

i

s t o f p a r ame _{t e} r s me a s u r e d i n o n e o r mo r e o f t h e s e r u n s i s _p r o v i

d

e d i n T ab l e 3 . 2 . T h e sp e c i f i c p a r a me t e r s me a s u r e

d

i n e a ch r u n a r e

T ab l e 3 . 2 . Pa r a met e r s An al y z e d i n Pi l o t - _{P l a n t} Co n s t i t u e n t Me a s u r ed Pa r a me t e r Pa r t

i

c u l a t e s B i o d e _gr a da b l e Or _ga n i c s Vo l a t

i

l e Or _ga n i c s O t h e r Or _ga n i c s Nu t r i e n t s S t a i n

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n _g E l eme n t s B

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n e I n o r ga n i cs O t he r To t a l Su s_p en

d

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So l

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d s Tu r b i d i t y Sc a n n i n _g E l e c t r o n M i c r o s c o_{p y} 5 -d a _y , B i o c he m i c a l Ox y ge n De man d C h em i c a l Ox _{y g} e n Dema n

d

To t a l Or _ga n i c Ca r b o n T h o s e l i s t e d

i

n S D WA ^ f o r c o m p l i an c e mo n i t o r i n _g T ho s e l i s t e

d

i

n S D WA ^ f o r c o m p l i a n ce mo n i t o r i n _g N i t r a t e - n i t r o _ge n I r o n Ma n _ga n e s e Na t

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n _g F ab r i c S t a i n i n _g Te s t To t a

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f o r ms Fe c a l Co l

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f o r ms He t e r ot r o_{p h i} c P l a t e Co u n t To t a

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Ha r dn e s s Su l f

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t e T h o s e l i s t ed

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n S DWA ^ f o r c om p l i a nc e mo n i t o r i n _g

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Ox _{y g} e n 1 _{Sa f e Dr}

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g i v e n i n Tab l e 3 . 3 a l o ng w i t h t h e da t e s o n wh i ch e a c h b a t c h

(

g r ab s am p l e

₎

w a s c o l l e c t e

d

. T h e t r e a t ed w a s t e w a t e r r e c e i v e d f r om t h e C i t y o f Wa s h i n _{g t} o n w a s ame n d ed w i t h _po t a s s i um ni t r a t e t o a c h i e v e a c o n c e n t r a t i o n o f 1 0 _{m g}

/

1 _{N O 3}- _N . T h i s c o n c e n t r at i o n w a s s e l e c t e d b e c a u s e i t r e_p r e s en t s t h e w o r s t - _{c a s e s i t u a t i o n} e x_p e ct ed i n a c t u a l o_pe r a t i o n . Me t h a n o l

(

B a x t e r _, i n du s t r i a l g r ad e

)

w a _s a l s o a

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e c a r b o n s o u r c e

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t i s n e c e s s a r y t o u s e a w e i g

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t r a t i o o f 2 . 5 : 1 . 0 me t h an o l t o N O 3 - _{N r a t i o} ; t hu s t h e c o n c e n t r a t i o n o f me t h a n o l w a s s e t a t 2 5 m_g

/

1 . Bo t h t h e n i t r a t e a nd me t h a n o l s o

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i nt o t he t o_p o f t h e d en i t r

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o n f i l t e r c o n t i n u o u s _{l y} i n t he e x

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a t r e gu l a r i n t e r v a l s a n

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u s t me n t s w e r e ma

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o n e ho u r w a s ne ed e d f o r t h e _p o _pu l a t

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e d en i t r i f i c a t i o n f i l t e r t o a c c l i ma t e t o t h e n ew s o u r c e

(

t he f i l t e r w a s f e d _p r i o r t o e a c h e x_p e r i me n t a l r u n w i t h d e ch l o r i n at e d t a _p w a t er amen de

d

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.